不同基因型谷子对干旱胁迫的调控机制

[目的]对不同基因型谷子在干旱胁迫下的生理指标及差异基因的转录水平进行综合评价,以深入认知谷子的抗旱调控机制,为选择谷子抗旱种质资源提供理论依据.[方法]供试材料为7个基因型谷子品种(系),测定干旱胁迫前后不同基因型谷子茎部脯氨酸、丙二醛和可溶性糖3种渗透调节物质含量和过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶3种抗氧化酶...     

不同品种谷子种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价

对4个品种的谷子晋谷28、晋谷45、晋谷42和晋谷77-322进行种子萌发期抗旱性研究。试验首先筛选出合适的PEG浓度模拟干旱胁迫条件;在正常供水和模拟干旱条件下测定了种子发芽特性及生长、生理生化等指标。结果表明:18%PEG浓度为合适的干旱胁迫条件;随着干旱胁迫的加强,谷子的相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和抗旱指数都呈下降趋势。在18%PEG的胁迫下,谷子的可溶性蛋白、脯氨酸含量、SOD和POD活性、MDA含量都有所升高,差异较显著。其中,晋谷45的脯氨酸含量、蛋白质含量、SOD、POD活性比对照分别提高462.34%、34.17%、113.84%、61,22%,晋谷28的SOD活性提高266.35%。晋谷42的POD活性比28、45、77-322三个品种分别降低了9.9%、7.5%、19.5%,MDA含量28增幅最小,42增幅最大比CK增加98.7%。经过隶属函数法分析谷子萌芽期抗旱性的强弱顺序为:晋谷45晋谷28晋谷77-322晋谷42。研究为谷子抗旱种质资源鉴定评价及品种选育提供理论依据。     

干旱胁迫下花生差异表达转录因子家族分析（英文）

花生(Arachis hypogaea)是重要的油料作物。干旱是影响花生产业进一步发展的重要因素。花生基因组的公布为更好的了解花生抗旱分子机制提供了重要的依据。转录因子是花生抗旱机制中重要的调节因素。本研究利用转录组测序技术对抗旱花生品种J11在干旱胁迫下转录因子的表达变化进行了分析。共计发现了236个差异表达转录因子,包括142个上调表达,94个下调表达。上调基因差异表达倍数介于2.034 1与43.968 3之间,有69个差异表达转录因子倍数大于10;下调表达基因差异倍数介于-2.1031到-11.610 3,有58个转录因子的差异表达倍数小于-4。MYB和bHLH是差异表达转录因子富集最多的基因家族。25个MYB基因上调表达,17个下调;17个bHLH基因上调表达,14个下调表达;所有NAC转录因子均受到干旱胁迫诱导上调表达。qRT-PCR数据与转录组测序数据虽然存在差异,但表达趋势一致,证明了转录组结果的可靠性。研究结果表明,花生抗旱分子机制是有大量转录因子参与调控的复杂过程。本研究将为进一步分析花生抗旱分子机制提供理论依据。     

北苍术对持续干旱的生理和转录组响应分析

为了探究北苍术响应干旱胁迫的生理和分子机制，本试验采用穴盘育苗法，分析持续自然干旱3～18 d北苍术响应干旱胁迫的生理特征；利用高通量转录组测序技术，分析干旱胁迫下北苍术的分子响应特征。结果表明，持续干旱6 d起，北苍术植株相对含水量极显著低于对照，可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量、抗氧化酶活性均显著或极显著高于对照；复水15 d时，北苍术过氧化氢酶（CAT）活性和植株相对含水量恢复到与对照无显著差异，但其他指标均仍极显著高于对照。主成分分析结果表明，可溶性糖和总蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）和CAT活性可较好地反应北苍术的抗旱能力，干旱胁迫下北苍术隶属函数综合评价D值为0.765～0.865。转录组分析共获得14 538个差异表达基因（DEGs）,GO功能注释最多的Unigene与细胞组分相关，KEGG分类中注释最多的Unigene是糖代谢；注释到萜类与聚酮类代谢途径的Unigene共71条，其中12条编码倍半萜和三萜类生物合成途径中的7个关键酶。综合分析可知，干旱胁迫影响北苍术相关功能基因表达，进而影响其生理特征。本试验为北苍术的抗旱机理和主要活性成分生物合成途径研究提供了参考。     

干旱胁迫下聚丙烯酰胺浸种对谷子种子萌发及幼苗期抗旱性的影响

为探讨聚丙烯酰胺(PAM)浸种对谷子抗旱萌发的影响,本研究通过聚丙烯酰胺(PAM)浸种晋谷21种子,用18%的PEG 6000溶液模拟土壤干旱,研究了不同浓度的PAM溶液(0.1%、0.5%、1.0%、5.0%、7.0%、10.0%)浸种对干旱胁迫下谷子种子萌发及幼苗生长中各项生理指标的影响。结果表明:干旱胁迫下的谷子发芽能力显著低于正常水分条件,幼苗中SOD、POD、CAT的活性、Pro、O2-以及MDA的含量均增加,但可溶性蛋白的含量降低;1.0%~7.0%的PAM溶液浸种可明显促进干旱胁迫下谷子种子的萌发和幼苗生长,有效提高幼苗活性氧清除系统中抗氧化酶的活性,增加渗透调节物质的含量,减少O2-和MDA的积累。综合分析,筛选出用于谷子浸种的最佳PAM浓度为5.0%。结果表明,适当浓度的聚丙烯酰胺浸种可缓解干旱胁迫对谷子萌发和幼苗生长造成的伤害,增强谷子的抗旱性,这为PAM在生产实践中的应用提供了理论依据。     

干旱胁迫下野生大豆ABC转运蛋白转录组测序分析

为获取干旱胁迫状态下ABC转运蛋白家族相关基因,以抗旱性强的野生大豆为试验材料,浇灌20%PEG 6000模拟干旱胁迫,分别在干旱处理0、 6、12、24和48 h后取叶片提取RNA进行转录组测序;以GO、KEGG和NR三大数据库注释的结果为基础,再以ABC转运蛋白为关键词进行筛选。结果表明,共获得337条ABC转运蛋白相关序列,包括8大亚家族(ABCA、ABCB、ABCC、ABCD、ABCE、ABCF、ABCG和ABCI)。差异表达分析结果表明,共有182条表现差异表达。GO注释到的差异表达基因多数为嘌呤核苷酸分解过程,KEGG注释到的差异表达基因分布在5个亚家族(ABCA、ABCB、ABCC、ABCD和ABCG)。对NR数据库有注释的168条差异表达基因进行进化分析,结果表明ABCE、ABCF、ABCG家族与ABCI11为一类,ABCB、ABCC家族与ABCI10为一类,ABCA、ABCD家族与ABCI19为一类。本研究为进一步研究野生大豆干旱胁迫下ABC转运蛋白抗旱基因提供了一定的理论依据。     

不同水分胁迫下转W16小麦回交株系基因表达特性及其抗旱机制

干旱应答元件结合蛋白(DREB)转录因子调控植物抗逆相关功能基因的表达,对提高植物抗逆境胁迫具有重要作用.本研究采用盆栽法在小麦(Tritium aestivum)拔节至抽穗期进行不同水分胁迫条件下,分析了野生型和转基因小麦回交株系转录因子基因W16的表达特点,并对其抗旱性的生理生化指标进行了测定.半定量RT-PCR结果表明:野生型在无干旱胁迫时,W16有微弱表达,随胁迫增强,表达上调,当表达量达到峰值后(12 h),随胁迫的加剧,表达量迅速下降,呈现“上升-峰值-下降”特点,而整个干旱胁迫过程中转基因植株W16在Ubiquitin启动子作用下表达恒定且表达水平较高;抗旱性生理生化机制分析表明:不同水分胁迫条件下,转基因株系的叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、水分利用效率的变化均高于受体对照,尤其在重度干旱(SD)胁迫下的差异更显著.产量结果显示,在各水分条件下转基因株系产量都高于受体对照,其抗旱指数属于较强抗旱等级.研究结果说明了转基因小麦回交株系中W16的超表达,改良了转基因小麦抗旱性的生理生化特性,提高了转基因小麦的抗旱性能.为抗旱转基因小麦品种选育提供理论和方法参考.     

谷子SBP蛋白基因家族的鉴定及表达分析

为了深入分析SBP基因家族在谷子中的功能作用,本研究在谷子全基因组水平,通过NCBI blast及HMMER search等生物信息学方法进行了谷子SBP基因家族鉴定,分析了SBP蛋白理化性质及系统发育,利用RT-qPCR分析了谷子SBP基因在PEG和ABA胁迫下的表达情况。结果表明,谷子SBP基因家族有19个成员,位于9条染色体上,编码的氨基酸序列长度为199~1 118 aa。谷子SBP蛋白系统发育树结果显示,该蛋白家族可分为两大类:第一类分为六个亚类,第二类仅有一个SBP蛋白。谷子SBP蛋白家族成员的外显子数从2~11个不等,且均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,除SBP7外,所有的SBP蛋白在细胞核中均有信号。谷子SBP蛋白与拟南芥SBP蛋白在进化关系上较远,而与高粱、水稻SBP蛋白进化关系较近。谷子SBP基因家族启动子区域的顺式作用元件主要为植物激素、干旱、光照及病原菌、创伤类的响应元件。RT-qPCR分析结果显示,PEG和ABA胁迫诱导下,SBP基因在叶和茎中的表达均上调,表达量增幅表现为:叶>茎。PEG胁迫后SBP基因的表达增长量显著高于外源ABA诱导;其中,SiSBP13的表达量增幅最大,PEG胁迫4 h叶和茎中的表达量分别达到未胁迫时的180倍和15倍,ABA诱导4 h茎中的表达量最高达到未胁迫时的8倍,而叶中的表达量持续升高,24 h时达到未胁迫时的28倍。本研究为下一步深入研究SiSBPs基因在谷子生长发育阶段中的功能奠定了基础,也为谷子功能基因的挖掘利用提供了候选基因。     

甘蔗抗褐锈病基因定位亲本间多态性SSR标记筛选

为获得更多用于构建甘蔗遗传连锁图谱可用的多态性SSR标记,本研究以6个高抗甘蔗褐锈病品种和6个高感甘蔗褐锈病品种为亲本,根据感病母本×抗病父本选配12个杂交组合,筛选在亲本间条带清晰、多态性明显、重复性较好的引物。结果表明,组合柳城03-1137×德蔗93-88、Mex105×粤糖00-236亲本间的多态性引物数最多,分别占总数的52.38%和47.62%;其中,10对引物(18-mSSCIR34、22-mSSCIR38、25-mSSCIR48、32-mSSCIR67、51-mSSCIR50、57-MSSCIR21、71-SMC1490CL*、73-SMC278CS*、75-SMC31CUQ*、77-SMC336BS*)在组合柳城03-1137×德蔗93-88中多态性最好,7对引物(22-mSSCIR38、25-mSSCIR48、45-mSSESTC04、51-mSSCIR50、67-mSSCIR9*、76-SMC334BS*、80-SMC486CG*)在Mex105×粤糖00-236中多态性最好,利用筛选得到的引物,更有利于构建分子遗传图谱。本研究结果为抗褐锈病新基因定位和开发与其紧密连锁的分子标记研究提供了一定的理论依据。     

菜用豌豆品种资源萌发期耐旱性鉴定

为研究菜用豌豆种子萌发期的耐旱性,本试验以31份菜用豌豆品种资源为试验材料,通过2.5%PEG溶液模拟干旱胁迫处理萌发期豌豆种子,统计种子发芽势和发芽率,测定鲜重、干重、根长、芽长等指标,并采用相关性分析、主成分分析、聚类分析、灰色关联度分析及逐步回归分析等方法相结合,对31份菜用豌豆品种资源进行萌发期耐旱性鉴定及耐旱指标筛选。结果表明,2.5% PEG-6000模拟干旱胁迫对菜用豌豆种质资源萌发期各测定指标均有极显著影响;根据综合抗旱系数值(CDC值)、耐旱性度量值(D值)、加权关联度(WDC值)大小对供试种质进行排序,其中耐旱性最强的4个品种依次为16110、16055、16140、16107;耐旱性最弱的3个品种依次为16106、16175、16177。通过聚类分析,在欧氏距离D²=8.5处将31份豌豆品种资源划分为4种类型:第Ⅰ类包括16054、16142等20个品种;第Ⅱ类包括16140、16079和16055 3个品种;第Ⅲ类包括16175、16104等6个品种;第Ⅳ类包括16110和16107 2个品种。逐步回归分析表明,与D值密切相关的指标为发芽指数、活力指数、发芽势、根长,这些可作为豌豆种质资源萌发期耐旱性鉴定综合选择指标。本试验结果为进一步研究菜用豌豆萌发期耐旱性机理及干旱调控缓解机制提供了理论参考,也为菜用豌豆耐旱品种选育及其推广应用奠定了基础。     

谷子硫解酶基因家族鉴定及表达模式分析

硫解酶(thiolase)是脂肪酸代谢的关键酶,在植物次生代谢合成、生长发育以及抵抗非生物胁迫中均发挥重要作用.为探究谷子硫解酶基因家族的基本特征,本研究利用生物信息学方法,对谷子硫解酶基因家族成员进行了鉴定,对蛋白理化性质及系统进化、基因结构、染色体位置、启动子、基因进化进行了分析;采用转录组测序进行了根、茎、叶、穗...     

羊栖菜硫酸多糖诱导下的人红白血病HEL细胞差异表达基因分析

为探讨人红白血病HEL细胞经羊栖菜硫酸多糖(SFPS Ⅱ)处理后基因表达谱的变化,本研究用SFPS Ⅱ作用HEL细胞24 h,应用转录组技术筛选差异表达基因,分析差异基因富集的GO功能和KEGG信号通路,并通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)对部分差异表达基因进行验证。结果表明,SFPS Ⅱ处理HEL细胞后,HEL细胞活力降低,呈浓度依赖性,但对正常人胚肺成纤维细胞MRC-5几乎无毒性。与对照组相比,共有1 248个基因差异表达,其中219个上调,1 029个下调。GO分析显示,差异表达基因主要改变DNA构象、硫酸盐转运及对肿瘤坏死因子和外在凋亡信号反应等生物学功能。KEGG信号通路分析显示,显著富集的通路与Rap 1信号通路等癌症和免疫密切相关。试验随机选择16个显著差异基因,并通过RT-qPCR进行确认,发现SFPS Ⅱ诱导HEL细胞后,导致表达差异基因与肿瘤生物学进程和通路显著相关。本研究结果为揭示羊栖菜硫酸多糖抗肿瘤机制的提供了理论依据。     

拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析

  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制，挖掘耐Cd基因，为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料，测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性，结合转录组学和可变剪接分析，以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后，拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异，但根系总体积、总表面积显著降低，总根长极显著下降，表明根系受到损伤；根系丙二醛浓度较对照有所增加，但变化不显著；脯氨酸浓度显著下降；超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示，在生物过程中，差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著；在细胞组分中，DEGs在细胞外组分功能显著富集；在核酸功能中，DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明，高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径，分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下，Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调，而GS合成相关基因表达受到抑制，并发生可变剪接事件，其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤，但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害，并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害，还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。     

低氮胁迫对谷子苗期性状的影响和耐低氮品种的筛选

筛选和培育耐低氮能力强的作物品种,是提高作物氮素利用效率,减少氮肥施用量,降低环境污染的有效措施。本研究以45份谷子品种为试材,采用水培的方法,在低氮(0.1mmol·L~(-1))和正常氮(5mmol·L~(-1))条件下,测定苗高、根长和根数等22个氮效率相关指标,采用综合耐低氮系数法以及基于主成分分析的隶属函数法评价参试谷子品种的耐低氮性。结果表明,与正常氮条件相比,低氮胁迫下,谷子苗期根长、根冠比、地上部氮素生理效率、地下部氮素生理效率、单株氮素生理效率有不同程度提高,其余17个指标都有不同程度降低。两种评价方法均根据45个谷子品种的耐低氮能力将其划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮性较强的品种5份,编号分别为11、14、17、35和39。利用GGE双标图对品种-耐低氮相关指标的分析表明,编号39和14的耐低氮品种主要耐低氮性状为地下部干重、地下部鲜重、根长;编号为11、35和17的耐低氮品种主要耐低氮性状为地上部鲜重、叶片数、叶宽、叶长、单株氮累积量、地上部氮累积量、单株干质量、地上部干重、地下部氮累积量、根数、苗高和SPAD。可见不同谷子品种的耐低氮机制存在一定差异,研究结果可为谷子耐低氮品种的选育提供材料基础。     

碱胁迫下榆叶梅差异基因表达分析

为了解榆叶梅(Prumus triloba Lindl.)在短期碱胁迫下的分子响应机制,本研究采用Illumina HiSeq^TM2500高通量测序技术对其在0、1、3、6、12 h碱胁迫下的叶片进行了de novo转录组测序,以此鉴定与碱胁迫相关的差异表达基因(DEGs)。结果表明,从5 960万条raw reads中获得了约5 300万条高质量clean reads,经从头组装后获得了124 786条榆叶梅unigenes。基于8 948个 unigenes差异表达(DEGs), GO富集分析发现,其中有28个基因可能在早期碱胁迫响应机制中起着重要作用; KEGG富集分析发现,不同碱处理时间下的KEGG途径(pathways)具有显著差异。对7个碱性胁迫反应相关基因进行RT-qPCR验证,所得基因的表达模式与RNA-Seq数据结果一致,证实了RNA-Seq结果的可靠性。本研究首次对碱胁迫下的榆叶梅叶片进行了转录组分析,获得的序列数据极大地丰富了榆叶梅可利用的基因资源,深入了解了榆叶梅碱胁迫的分子响应机制,同时为研究以榆叶梅为砧木的中国李(Prunus salicina)在碱胁迫下的适应机制奠定了分子研究基础。     

谷子CIPK基因(Seita.5G145900)对非生物逆境的响应

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫下的表达。结果表明,SiCIPK19基因位于谷子5号染色体,基因组序列长1 353 bp,编码450个氨基酸,基因无可变剪切,且不含内含子。功能域分析和多序列比对发现,SiCIPK19蛋白具有非常保守的序列结构,与其他植物CIPK蛋白也非常相似。RT-qPCR分析表明,SiCIPK19基因被聚乙二醇6000(PEG 6000)、ABA、高盐和低温胁迫强烈诱导。此外,SiCIPK19基因在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期干旱条件下参与了对干旱胁迫的响应,推测该基因参与谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期和灌浆期干旱胁迫应答中发挥重要作用。本研究结果为进一步分析CIPK基因逆境应答机制,以及利用基因工程方法改善谷子抗逆性和提高产量提供了理论支持。     

不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异蛋白组分析

为从蛋白水平揭示不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异,明确甘薯根系分化和耐旱性生理机制,以耐旱性强的济薯21(JS21)和耐旱性弱的济紫薯1(JZS1)为试验材料,在旱棚内人工控水模拟田间干旱,采用iTRAQ技术开展不同耐旱性甘薯柴根和块根的全蛋白组差异蛋白分析。结果表明,共鉴定到甘薯根系差异蛋白2 003个,其中可信蛋白1 716个、动态表达蛋白819个。GO分析表明,干旱胁迫条件下,与柴根相比,JS21和JZS1块根差异蛋白分别集中于细胞质内碳水化合物合成、能量代谢等生物过程;与JZS1块根相比,JS21块根差异蛋白分子功能主要涉及过氧化物酶活性、氧化还原酶活性等。KEGG分析表明,木质素代谢在甘薯根系分化和响应干旱胁迫的过程中起到重要的调控作用。从淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷代谢途径富集的差异蛋白分析中探明,正常条件下,JS21主要通过ADPGase积累淀粉,JZS1不仅通过ADPGase还通过UDPGase积累淀粉;干旱胁迫条件下,JS21块根中淀粉的合成仍大于分解,而JZS1块根中蔗糖的分解大于合成。正常条件下,2个品种柴根中均含有丰富的抗氧化酶;但干旱诱导JS21块根产生过氧化物酶,导致JZS1块根中木质素合成关键酶上调表达。蔗糖合酶是干旱胁迫条件下耐旱性弱的JZS1根系中能量代谢重要蛋白。综上,干旱胁迫条件下,耐旱性强的JS21可通过柴根中已有的和块根中诱导产生的过氧化物酶协同抵御干旱胁迫,而耐旱性弱的JZS1则通过蔗糖合酶维持能量代谢,其块根木质化程度加剧。本研究为甘薯耐旱性品种生理鉴定和耐旱基因发掘提供了一定的理论依据。     

谷子抗除草剂基因的发现及其应用

谷子田间除草一直是阻碍谷子产业化发展的主要因素之一。谷子抗除草剂品种的出现,解决了谷子田间除草难的问题,有利于谷子大面积的栽培,使谷子产业化发展成为可能。本文围绕谷子抗除草剂基因的发现、类型和机理以及抗除草剂品种在谷子生产中的应用情况等方面进行阐述,探讨谷子抗除草剂应用对环境的影响,并对谷子抗除草剂研究中存在的问题及应用前景进行了展望。